VRML 是 Internet 上基于 WWW 的虚拟现实建模语言，被称为第二代网络语言，用来描述三维物体及其运动行为，具有三维性、交互性、分布式集成性和逼真性等特点[1-5]，随着网络技术和计算机硬件设施的飞速发展，虚拟现实技术将成为网络多媒体发展的主流技术，广泛应用于军事、建筑、娱乐、教育和工业产品制造等方面[6-8]。利用虚拟现实技术创建装配环境，人与环境互相交流，可以模拟真实的装配过程，通过信息反馈，还可以从中获得有关装配的一些启示，从而熟悉整台设备结构以及装配关系。
虚拟现实应用于装配设计，不同于影视作品
虚拟现实，它的建模要求严格的尺寸、形状和装配关系。VRML 也可以构建对象的三维模型。但是，通过VRML 对工业产品进行建模往往是费力不讨好，很难达到满意效果。因此，为了将工业产品更好地应用在虚拟现实世界中，有必要研究工业产品虚拟现实的实现手段。UG NX 软件是融合了 CAD/CAE/CAM 一体化的高端软件，为机械设计、模具设计以及电路设计提供一整套的设计、分析和制造方案，包括特征造型、曲面造型、实体造型在内的多种造型方法，同时提供了自顶向下和自底向上的装配设计方法。UG NX 软件提供了 VRML 软件的接口。
因此，首先可以通过 UG NX 完成工业产品造型和装配的静态模型，然后利用 VRML 语言，完成动态装配、零件信息的提取和观察视角的变化。本文以虎钳为例说明上述过程和技巧。
1 虎钳装配体静态模型的建立
虎钳静态装配模型在 UG NX 软件中完成。首先，在 UG NX 软件中逐个建立零件虎钳模型，包括底座、固定钳口板、活动钳口、活动钳口板、方口螺母、螺杆、螺钉、螺母和沉头螺钉等。然后，将所有零件按照组件装配，最后装配成完整的虎钳体，如图 1 所示。
接下来，将 UG NX 的 prt 格式的文件导出为VRML V2.0 版的 wrl 格式文件，然后在 VRML文件编辑器 VrmlPad 中读入 wrl 文件(其中VrmlPad 软件可以从 https://www.86vr.com 上下载)，再对此对象进行场景渲染或者动画制作等。但是，对于比较复杂的装配文件，如果将装配的prt 文件作为整体导出为 wrl 格式，会导致在虚拟现实编辑软件中文件过大，带来对组件和零件的操作不方便等一系列麻烦。一般的处理方法是：在 UG NX 软件中的装配状态下，每次导出一个零件，其余零件隐藏掉，这样重复操作至导出每一个零件;然后建立一个新的 wrl 格式文件，利用 inline 命令将所有零件的 wrl 文件联系起来。此时，不用做调整，就可以保证各个零件的相对位置的正确性，图 2 为 inline 命令和转换后虎钳装配体的虚拟现实文件，文中采用的 VRML 浏览 器 为Cortona Control ， 其 特 点 是 应 用 于Windows 操作系统，操作简单，渲染效果比较好。
2 虎钳虚拟装配的实现
虎钳的虚拟装配包括路径规划、动画设置和拆装逻辑控制等方面的内容。2.1 VRML 动画实现的原理VRML 通过时间传感器(TimeSensor)和插补器(Interpolator)以及路由(ROUTE)语句来实现关键动画[2]。基本过程为时间传感器给出控制动画效果的时钟，这个时钟包括动画的开始时间、停止时间、时间间隔和是否循环等参数，此
时钟信息输出到插补器节点，插补器节点定义了关键点和关键数值，VRML 根据插补器节点的设置进行关键点外区域的线性插值，完成匀变速动画过程。如果需要变速动画过程或者复杂动画过程，需要结合脚本语言Javascript 来实现：时间传感器的输出可以控制插补器和 Javascript 的输入，而插补器和 Javascript 的输出又可以控制零件的移动和旋转等动作。
2.2 虎钳虚拟现实装配的关键技术
2.2.1 虚拟装配路径规划
进行装配路径规划首先要符合装配体的真实装配顺序。另外，还要避免装配过程中零组件的干涉。对于虎钳，可以将活动钳口、活动钳口板、两个紧固螺钉视为一个组件，命名为“组件1”，先行装配，装配顺序为：活动钳口板→活动钳口，螺钉→活动钳口板与活动钳口;底座、两个紧固螺钉和固定钳口板也可以视为一个组件，命名为“组件 2”，装配顺序为：固定钳口板→底座，螺钉→固定钳口板与底座。完成两个组件的装配之后，再装配其他零件，装配顺序为：组件1→组件 2;方口螺母→组件 1 与组件 2;螺杆→方口螺母与组件 2;螺母→螺杆与组件 2;沉头螺钉→组件 1 与方口螺母，拆卸过程顺序相反。在规划路径时，可以让底座固定不动，其他零件按照相对于底座的拆卸方向运动，后装配的零件运动的距离大于先装配的零件运动距离，图 3 为虎钳所有零件的动画路由，图4为虎钳装配动画。
2.2.2 逻辑控制
为了实现实时交互的虎钳拆装过程，在此利用 Script 节点的 ismove 变量来控制，ismove 变量输出为 Bmove，则为拆卸过程，ismove 变量输出为 Bback，则为装配过程，下面的语句为控制螺杆拆装的过程，其中 pathluogan1 为螺杆拆卸路径，pathluogan2 为螺杆安装路径，clock1 和clock2 为控制拆和装的时间传感器。
2.2.4 视点控制
为了从不同角度观察虎钳的装配情况，可以利用 Viewpoint 节点实现观察视角的变化[8]。以
下是针对虎钳的视角变化语句：
DEF VP Viewpoint{ Position 0 25 17
Orientation 1 0 0 -0.93}
DEF TS TimeSesor{loop TRUE cycleInterval
25}
ROUTE TS. fraction_changed TO
VP. set_fieldOfView
3 结 论
利用 VRML、Javascript 技术与 UG NX 的协同设计，能够很好地完成具有交互功能的工业产品的虚拟装配过程，由此形成的虚拟现实文件小，便于网络传输，此项技术有着广阔的应用前景。
参 考 文 献
[1] 汪志达, 叶 伟. VRML 虚拟现实网页设计[M]. 北
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[3] 阳化冰, 刘忠丽, 刘忠轩, 等. 虚拟现实构造语言
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